本發(fā)明涉及生態(tài)工程水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于城鎮(zhèn)河涌的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理裝置和系統(tǒng)及工法。

背景技術(shù)：

填料作為生物膜工藝核心，能增加微生物附著量，從而提高污染物去除率。不同材料和結(jié)構(gòu)的填料其掛膜能力不同，處理效果相異。固定式生物填料主要有蜂窩狀生物填料和波紋板狀生物填料，這些填料在使用中常會(huì)遇到堵塞、結(jié)團(tuán)、布?xì)獠妓痪鶆?、充氧性能差等?wèn)題。分散式填料包括堆積式、懸浮式填料，其中，陶粒、聚氨酯等多孔載體的應(yīng)用較為廣泛。固定式載體在工程中存在安裝難度；人工水草等在水流發(fā)生變化時(shí)易纏繞和倒伏，表面積減少，不能長(zhǎng)期使用；對(duì)于分散式填料直接在河道中的原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)，會(huì)對(duì)河道水流特性造成影響。

動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器(Dynamic Membrane Bioreactor，DMBR)是以廉價(jià)微網(wǎng)材料為膜基材，通過(guò)預(yù)涂劑(材料表面涂抹活性炭、水合氧化鐵膠體等)或微生物及其代謝產(chǎn)物在膜材料表面自動(dòng)形成動(dòng)態(tài)膜起到截留作用的一種污水處理工藝。一般認(rèn)為動(dòng)態(tài)膜由凝膠層和濾餅層組成，首先在膜基材表面形成親水性的凝膠層，然后微生物、SS在凝膠層上堵塞形成濾餅層，濾餅層膜的脫落與新膜的形成達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡。作為DMB的膜基材主要有孔徑為μm～mm的織物纖維、篩絹、陶瓷膜、濾布無(wú)紡布等材料。大孔徑材料制作的膜組件，通量大、污染控制容易和清洗簡(jiǎn)易，研究大孔徑材料在有機(jī)質(zhì)含量高的水體中的掛膜性能和污染物去除效率，可作為微孔生物載體易堵塞、柔性填料易纏繞等問(wèn)題的解決方案之一。

活性炭纖維(ACF)具有比表面積大、孔徑小、分布均勻、雜質(zhì)少等優(yōu)點(diǎn)；與粉末活性炭(PAC)和顆?；钚蕴?GAC)相比較，ACF具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、吸附效率高、吸附速度快，吸附量大，容易再生等特點(diǎn)。公開號(hào)為CN 202220105的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種碳素纖維材質(zhì)填料與生態(tài)浮島聯(lián)用的水處理裝置，以其為代表的現(xiàn)有水處理系統(tǒng)雖然利用了碳素纖維填料，但是水流不經(jīng)過(guò)系統(tǒng)主體 的內(nèi)部，水流方向與處理系統(tǒng)呈垂直方向布置，處理效果比較局限；更重要的是現(xiàn)有水處理系統(tǒng)均沒(méi)有針對(duì)水體提供科學(xué)合理的分層處理技術(shù)方案，水體綜合處理的效果受到較大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有水處理系統(tǒng)中固定式生物填料易堵塞、充氧性能差、分散式填料堆積對(duì)河道水流特性造成影響、懸浮式填料在水流發(fā)生變化時(shí)易纏繞和倒伏等技術(shù)問(wèn)題，以及抑制沉積物再懸浮和內(nèi)源污染物釋放等技術(shù)難題，提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理裝置。

本發(fā)明的另一要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理系統(tǒng)。

本發(fā)明的還一要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供實(shí)現(xiàn)所述用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理工法。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理裝置，包括傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和漂浮結(jié)構(gòu)，所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括上端和下端，所述上端懸于水面，所述下端固定于河涌或水塘的河床表面，使傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與水流方向呈35°～60°的角度；所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的上部懸掛碳素纖維，下部固定有無(wú)紡布，所述無(wú)紡布上設(shè)置有曝氣結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明以傾斜態(tài)接結(jié)構(gòu)作為處理裝置的單元主體，與水流方向呈35°～60°的角度，對(duì)待處理水體實(shí)現(xiàn)表層水體和下層水體的分層處理，表層水體采用傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上懸掛碳素纖維進(jìn)行處理，碳素纖維載體懸掛于主體上部3/4或2/3部位，水流從網(wǎng)格內(nèi)通過(guò)，經(jīng)過(guò)碳素纖維載體，其表面固定微生物可凈化水質(zhì)；下層水體采用固定于傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的下部的無(wú)紡布進(jìn)行處理，無(wú)紡布設(shè)置在下層，攔截底泥懸浮物并加速其沉淀，促使下層水體中懸浮顆粒的沉淀，水流在無(wú)紡布表面形成錯(cuò)流過(guò)濾，濾餅層的脫落和更新動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器，無(wú)紡布上緣固定微孔曝氣管，改變水體底層氧化還原狀態(tài)，馴化河道微生物群落，解決抑制底泥中沉積物再懸浮和內(nèi)源污染物釋放的技術(shù)難題，本發(fā)明經(jīng)過(guò)大量研究和驗(yàn)證試驗(yàn)，總結(jié)得到，使傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與水流方向呈35°～60°的角度，可以加速懸浮顆粒的沉淀。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與水流方向呈60°的角度。

優(yōu)選地，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用不銹鋼網(wǎng)格。

優(yōu)選地，所述無(wú)紡布是在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的下部的1/4或1/3部位固定。

優(yōu)選地，所述傾斜態(tài)是在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的上端懸掛漂浮載體以保證上端懸于水面，所述漂浮載體優(yōu)選浮球或漂排；浮球或漂排懸掛網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的上端，可隨水流方向的改變而移動(dòng)，使網(wǎng)格結(jié)構(gòu)始終與水流方向呈35～60°。優(yōu)選60°。

優(yōu)選地，所述無(wú)紡布為含碳無(wú)紡布。

優(yōu)選地，所述曝氣結(jié)構(gòu)為微孔曝氣管。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述微孔曝氣管固定在無(wú)紡布的上緣，通過(guò)曝氣或不曝氣可以靈活地改變水體底層氧化還原狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述碳素纖維的長(zhǎng)度為10cm。

本發(fā)明同時(shí)提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理系統(tǒng)，包括n個(gè)所述的處理裝置，所述n個(gè)的處理裝置沿河道縱斷面串聯(lián)布設(shè)。

優(yōu)選地，所述n個(gè)所述的處理裝置以無(wú)曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊，較好地馴化不同微生物群落。

本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)所述用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理工法，包括以下步驟：

S1.構(gòu)建本發(fā)明所述的用于河涌或水塘系統(tǒng)的裝置；

S2.將n個(gè)裝置串聯(lián)布設(shè)；

S3.沿河涌縱斷面設(shè)置不同區(qū)域，以無(wú)曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣的分段曝氣的方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊，馴化不同微生物群落，處理水體。

其中，優(yōu)選地，步驟S1所述裝置的構(gòu)建時(shí)，連接在傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的上端的浮球或漂排可利用繩索等工具控制，便于在水位過(guò)高或突發(fā)洪水時(shí)，將主體沉于水體底部。

步驟S2所述串聯(lián)布設(shè)結(jié)合步驟S3所述的分段式曝氣處理，所述n個(gè)處理裝置中，相鄰的處理裝置分別以無(wú)曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊，實(shí)現(xiàn)厭氧-缺氧-好氧處理模塊的串聯(lián)實(shí)施，構(gòu)建了仿A2/O工藝，降低能耗的同時(shí)提高水體凈化效率。

可選地，步驟S2所述串聯(lián)布設(shè)中，每一個(gè)裝置之間的間隔參照裝置傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的橫剖面長(zhǎng)度確定；

可選地，所述間歇曝氣是按照曝氣時(shí)間與不曝氣時(shí)間的比例1：3～1：4確定。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供了一種裝置，對(duì)待處理水體實(shí)現(xiàn)表層水體和下層水體的分層處理，表層水體采用傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上懸掛碳素纖維進(jìn)行處理，下層水體采用固定于傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的下部的無(wú)紡布進(jìn)行處理。結(jié)合設(shè)置于無(wú)紡布上的曝氣結(jié)構(gòu)，該裝置的設(shè)計(jì)成功在河道橫斷面從上至下設(shè)置碳素纖維污水凈化區(qū)、微孔曝氣區(qū)和無(wú)紡布動(dòng)態(tài)膜系統(tǒng)區(qū)，使碳素材料和無(wú)紡布發(fā)揮協(xié)同增效作用，并充分發(fā)揮生物接觸氧化技術(shù)、高效生物載體技術(shù)、微生物技術(shù)、微曝氣技術(shù)以及斜板沉淀技術(shù)的綜合效能，通過(guò)簡(jiǎn)單易行的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了處理裝置有機(jī)地復(fù)合、集成和優(yōu)化，綜合實(shí)現(xiàn)物理沉淀、載體吸附、微生物降解等處理途徑，抑制底泥再懸浮及高效凈化水體。

進(jìn)一步地，本發(fā)明裝置主體采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)約材料，而且水流從網(wǎng)格內(nèi)通過(guò)，水流與懸掛于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的碳素材料具有足夠充分的接觸面積和接觸時(shí)間，保障了合流行洪安全以及污染物處理效率。

本發(fā)明根據(jù)水體情況可容易地將若干個(gè)處理裝置串聯(lián)設(shè)置于河床，實(shí)現(xiàn)了一種不影響河道水流特性的原位生物處理技術(shù)，對(duì)微生物固定化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)改良，并結(jié)合分段式曝氣的技術(shù)對(duì)河道土著微生物進(jìn)行馴化，抑制底泥污染物釋放的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)的凈化，克服了現(xiàn)有固定式生物填料易堵塞、充氧性能差，分散式填料堆積對(duì)河道水流特性造成影響、懸浮式填料在水流發(fā)生變化時(shí)易纏繞和倒伏等問(wèn)題，以及抑制沉積物再懸浮和內(nèi)源污染物釋放的難題，為黑臭河涌的水環(huán)境治理和水生態(tài)修復(fù)提供有力的技術(shù)支持。

本發(fā)明系統(tǒng)投資省、占地少(或基本不占地)、不影響水面景觀、污染物去除效率高，具有重要的社會(huì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)剖面圖。

圖2分段式曝氣示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。除非特別說(shuō)明，本發(fā)明采用的原料及設(shè)備為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)的原料及設(shè)備。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理裝置，如附圖1所示，包括傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1和漂浮結(jié)構(gòu)3，所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1包括上端和下端，所述上端懸于水面，所述下端固定于河涌或水塘的河床2的表面，在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的上端懸掛浮球3以保證上端懸于水面使傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1與水流方向呈60°的角度；所述傾斜態(tài)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)1的上部懸掛碳素纖維5，下部固定有無(wú)紡布4，所述無(wú)紡布4上設(shè)置有曝氣結(jié)構(gòu)6。

所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以采用不銹鋼網(wǎng)格。

所述無(wú)紡布是在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的下部的1/4部位固定。所述無(wú)紡布采用含碳無(wú)紡布。

優(yōu)選地，所述曝氣結(jié)構(gòu)為微孔曝氣管，所述微孔曝氣管固定在無(wú)紡布的上緣，通過(guò)曝氣或不曝氣靈活地改變水體底層氧化還原狀態(tài)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種用于城鎮(zhèn)河涌(或水塘)的不影響水流特性的原位生物強(qiáng)化處理系統(tǒng)，如附圖2所示，包括3套實(shí)施例1所述的處理裝置，所述3套處理裝置沿河道縱斷面串聯(lián)布設(shè)，分別沿水流方向以無(wú)曝氣、間歇曝氣和連續(xù)曝氣方式形成連續(xù)的厭氧、缺氧和好氧模塊。

實(shí)施例3本發(fā)明裝置和系統(tǒng)的應(yīng)用試驗(yàn)

構(gòu)建長(zhǎng)度為15.6m、寬度為0.8m的模擬河道，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。模擬河道底部鋪0.10～0.15m厚的河涌淤泥，水深約0.60m。利用潛水泵和擋板實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，河道流速為0.05～0.1m/s。

本實(shí)施例處理稀釋生活污水，NH₄⁺-N和COD_Cr濃度分別為9.6±1.2和160.8±9.6mg/L。

構(gòu)建18個(gè)實(shí)施例1所述的用于河涌的原位生物強(qiáng)化處理裝置。每個(gè)裝置的不銹鋼網(wǎng)格規(guī)格為0.6m×0.8m；底部固定在底泥表層，上部利用浮球懸掛，控制懸掛繩索長(zhǎng)度(約0.1m)使裝置的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與水流方向角度呈60°；主體單元以橫斷面距離(0.3m)間隔布設(shè)，每側(cè)(共三側(cè))模擬河道各布設(shè)6個(gè)所述的處理裝置。沿水流方向，三側(cè)河道分別設(shè)置為無(wú)曝氣、間歇曝氣(1h：3h)和連續(xù)曝氣。(本實(shí)施例中，所述碳素纖維的長(zhǎng)度為10cm。)

經(jīng)測(cè)定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行3d后，COD_Cr濃度降幅77.17％，平均去除負(fù)荷為34.30g/m²·d；氨氮濃度降幅82.93％，平均去除負(fù)荷為2.06g/m²·d。

實(shí)施例4對(duì)比試驗(yàn)

參照實(shí)施例1所述的裝置，但是在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的下部不設(shè)置含碳無(wú)紡布，其他設(shè)置同實(shí)施例1裝置，以此作為對(duì)比裝置1。

同實(shí)施例3的方法，構(gòu)建長(zhǎng)度為15.6m、寬度為0.8m的模擬河道，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。模擬河道底部鋪0.10～0.15m厚的河涌淤泥，水深約0.60m。利用潛水泵和擋板實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，河道流速為0.05～0.1m/s。本實(shí)施例處理稀釋生活污水，NH₄⁺-N和COD_Cr濃度分別為9.6±1.2和160.8±9.6mg/L。

構(gòu)建18個(gè)對(duì)比裝置1。每個(gè)主體單元的不銹鋼網(wǎng)格規(guī)格為0.6m×0.8m；底部固定在底泥表層，上部利用浮球懸掛，控制懸掛繩索長(zhǎng)度(約0.1m)使主體單元與水流方向角度呈60°；主體單元以橫斷面距離(0.3m)間隔布設(shè)，每側(cè)(共三側(cè))模擬河道各布設(shè)6個(gè)所述的處理裝置。沿水流方向，三側(cè)河道分別設(shè)置為無(wú)曝氣、間歇曝氣(1h：3h)和連續(xù)曝氣。本實(shí)施例中，所述碳素纖維的長(zhǎng)度為10cm。

經(jīng)測(cè)定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行3d后，COD_Cr濃度降幅52.50％，平均去除負(fù)荷為24.20g/m²·d；氨氮濃度降幅73.13％，平均去除負(fù)荷為1.40g/m²·d。

實(shí)施例5對(duì)比試驗(yàn)

參照實(shí)施例1所述的裝置，調(diào)整網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與水流方向呈0°的角度固定于河床中，其他設(shè)置同實(shí)施例1裝置，以此作為對(duì)比裝置2。

同實(shí)施例3的方法，構(gòu)建長(zhǎng)度為15.6m、寬度為0.8m的模擬河道，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。模擬河道底部鋪0.10～0.15m厚的河涌淤泥，水深約0.60m。利用潛水泵和擋板實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)，河道流速為0.05～0.1m/s。本實(shí)施例處理稀釋生活污水，NH₄⁺-N和COD_Cr濃度分別為9.6±1.2和160.8±9.6mg/L。

構(gòu)建18個(gè)對(duì)比裝置2。每個(gè)裝置的不銹鋼網(wǎng)格規(guī)格為0.6m×0.8m；底部固定在底泥表層，使裝置的網(wǎng)格機(jī)構(gòu)與水流方向角度呈0°；裝置以橫斷面距離(0.3m)間隔布設(shè)，每側(cè)(共三側(cè))模擬河道各布設(shè)6個(gè)所述的處理裝置。沿水流方向，三側(cè)河道分別設(shè)置為無(wú)曝氣、間歇曝氣(1h：3h)和連續(xù)曝氣。本實(shí)施例中，所述碳素纖維的長(zhǎng)度為10cm。

經(jīng)測(cè)定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行3d后，COD_Cr濃度降幅43.70％，平均去除負(fù)荷為18.69g/m²·d；氨氮濃度降幅49.75％，平均去除負(fù)荷為0.81g/m²·d。

實(shí)施例6對(duì)比試驗(yàn)

參照實(shí)施例1所述的裝置，調(diào)整網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與水流方向呈80°的角度固定于河床中，其他設(shè)置同實(shí)施例1裝置，以此作為對(duì)比裝置3。

其他設(shè)施和方法同實(shí)施例3。經(jīng)測(cè)定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行3d后，COD_Cr濃度降幅56.36％，平均去除負(fù)荷為18.43g/m²·d；氨氮濃度降幅60.00％，平均去除負(fù)荷為1.10g/m²·d。

實(shí)施例7對(duì)比試驗(yàn)

其他設(shè)施和方法同實(shí)施例3。不同的是，沿水流方向，三側(cè)河道分別設(shè)置為無(wú)曝氣。

經(jīng)測(cè)定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行3d后，COD_Cr濃度降幅68.31％，平均去除負(fù)荷為24.26g/m²·d；氨氮濃度降幅38.53％，平均去除負(fù)荷為0.60g/m²·d。

實(shí)施例8對(duì)比試驗(yàn)

其他設(shè)施和方法同實(shí)施例3。不同的是，沿水流方向，三側(cè)河道分別設(shè)置為連續(xù)曝氣。

經(jīng)測(cè)定，采用本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行3d后，COD_Cr濃度降幅71.57％，平均去除負(fù)荷為30.29g/m²·d；氨氮濃度降幅90.93％，平均去除負(fù)荷為3.12g/m²·d。